解密“神威·太湖之光”如何成为世界超算冠军

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申威26010

“太湖之光为啥这么牛？它拥有一颗巨强的“芯”-申威26010，上海高性能IC设计中心设计的国产高性能处理器。该处理器包含有260个处理核，单片峰值性能为3.06Tflops/s。天河-2单节点采用2个Intel Ivy Bridge处理器+3个Intel Xeon Phi类GPU加速器芯片，这5个处理器芯片峰值性能相加约为3.431Tflops/s，也就是说一颗申威芯片性能大致相当于天河-2中Intel 5个芯片的峰值性能之和！”

这次，神威太湖之光使用我国自主研发和制造的 CPU 处理器——申威 26010（SW 26010），采用众核+CPU架构，含有将近 1065 万个内核，主内存 1.31 PB。SW 26010的芯片由上海高性能集成电路设计中心研发，含有 4 个核心组，每组含有 65 个内核，由64个计算核心（CPE）、一个管理核心（MPE）和一个内存控制器构成。

(神威太湖之光核心组示意图)

64个计算核心排列为8x8的矩阵。4个内存控制器总共提供了136.5GB/s的带宽。每组内部有自己的专属内存空间，组间通过片上网络（NoC）进行通讯。片上网络还连接着系统接口（SI），供芯片同外部设备通讯。

神威太湖之光专为提升运算速度设计，简单的架构正是它运算速度胜过其他高能耗 HPC 系统的原因。不过，申威芯片采用定制64位指令集，频率处于中等水平（1.45GHz），而且每个核心只能执行一个线程（不支持超线程），软件支持也没有Intel那么丰富。但尽管如此，中国凭借一个完全基于中国设计、制造的处理器打造的新系统，在国际TOP500组织第47期榜单上保持第一，TOP500声明中这样写道。

韩银和还总结了太湖之光的3个亮点：（1）总性能93P，比天河-2又快了3倍，比第3名美国橡树岭实验室的机器快了5倍，是第一台性能接近100P的机器；（2）采用了全国产众核处理器；（3）能效比达到6GFlops/W， 和Green500第一的日本机器能效比也就差不到10%，但太湖之光比日本机器规模大多了，这么大个头能效比控制的这么好，需要有独到的技术。

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大突破

神威太湖之光由国家并行计算机工程技术中心研发，在无锡国家超算中心安装完成，2015年12月21日完成整机系统性能测试，目前由清华大学负责运营。

神威太湖之光运算峰值为 125.4 Pflop/s，持续性能 93 Pflop/s，比天河 2 号快了将近 3 倍，比排名第 3 的美国橡树岭实验室的机器快了 5 倍，也是国际第一台性能接近 100P 的机器。

(美国Titan、天河二号、太湖之光参数对比)

神威太湖之光每瓦特浮点运算次数达到了 6 亿次（世界排名第 2 到第 6 的超级计算机，这个数值都在 2 亿次左右），也即能耗比达到 6 Gflops/W，与 Green500 第一的日本机器相差不到10%，但太湖之光规模明显更大，因此实现的技术独到。目前，世界排名前 10 的其他超级计算机能耗比都在 2 Gflops/W 左右。

国家超级计算无锡中心主任杨广文教授在接受采访时表示，神威太湖之光一分钟的计算能力相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年。

杨广文说：“从低功耗、高集成度的处理器设计，到高速高密度的工程实现技术；从世界领先的高效水冷技术，到软硬件协同、智能化的功耗控制方法，‘神威太湖之光’实现了层次化、全方位的绿色节能，功耗比达到每瓦特60.51亿次运算。”

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话外

值得一提的是，国际超算行业已经陷入多年沉寂，本次TOP10除了神威太湖之光一举夺魁之外，其他九台都和以前一模一样。

（榜单）

本次TOP500排行榜上，中国军团也在历史上首次超过美国，达到了167台，占整体的1/3，比美国多出两台，同时遥遥领先其他各国：第三的日本才29台。

中国这167台超算的总性能则达到了211.07PFlops，占比达37.2％，美国则只有30.6％，可见中国超算的效率也是一流的。